一种测定弱电解质溶液解离常数的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种测定弱电解质溶液解离常数的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，人类经历了由于全球气候变暖带来的种种灾难，进而对全球气候变暖问 题达成了共识。由于温室气体排放过量而造成的全球气候变暖及其带来的各种环境问题已 经成为全球关注的焦点。温室气体种类繁多，其中co 2尤以突出，大气中co2含量的提高是造 成全球变暖的主要原因之一。因此，寻找到有效的减排和隔离二氧化碳的方法已成为世界 各国的共识，同时进行了许多讨论与实践。其中，有机醇胺化学吸收法由其吸收高效、低成 本等优点迅速成为工业气体净化的主要方法之一，但传统MEA吸收方法无法满足日益增长 C02捕集需求。为了研究不同有机胺吸收/解吸C02的特性，从而为确定一种新型的捕集0) 2的 方法提供必要的理论指导，对各种体系的反应机理和动力学模型的研究已成为重中之重。 解离常数是一种特定类型的平衡常数，能为分析不同反应条件对反应速率的影响，提供化 学反应的反应机理和过渡态的信息，是化学反应过程中研究反应速率必不可少的关键信 息。因此，开发出高效、快速的解离常数的测定方法可为C〇2捕获领域提供更加快速便捷的 研究手段。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的技术问题是，提供一种采用快速动力学停流装置(Stopped-flow)测 定弱电解质溶液的解离常数的新方法。
[0004] 本发明的技术方案是，提供一种测定弱电解质溶液解离常数的方法，所述弱电解 质溶液的解离常数Kb利用快速动力学停流装置进行测定；
[0005] (1)在某一测定温度下，将快速动力学停流装置的所有储液单元均注入同种相同 浓度c的弱电解质溶液，测定弱电解质溶液在该浓度下的表观摩尔电导率Λ m;
[0006] (2)在该测定温度下，改变弱电解质溶液的浓度，再重复进行步骤（1)表观摩尔电 导率测定;依次类推，分别测定出弱电解质溶液在不同浓度下的表观摩尔电导率A m; Λ G
[0007] (3)根据公式」_=1 + , ，以对cAm作图，截距即为再根据直线的 Am 八：kb(A:)2 斜率即可求得在该测定温度下此弱电解质溶液的解离常数Kb;
[0008] 其中，ΛΓη表示无限稀时摩尔电导率，c0表示标准摩尔浓度lmol/L。
[0009] 进一步地，所述测定温度为10-60°C。
[0010] 进一步地，所述弱电解质溶液为醇胺溶液。
[0011] 进一步地，所述醇胺溶液为甲基二乙醇胺溶液，浓度为〇. 〇1-〇. 〇5mol/L。
[0012] 进一步地，所述醇胺溶液为一乙醇胺溶液，浓度为0.001-0.005mol/L。
[0013] 现有技术中，stopped-f low通常应用在快速反应动力学的测定和反应机理的研究 方面，（参见：Ali SH,Merchant SQ,Fahim MA.Reaction kinetics of some secondary alkanolamines with carbon dioxide in aqueous solutions by stopped flow technique.Separation and Purification Technology.2002;27:121_36·)，未有直接使 用Stopped-flow手段直接测定解离常数的报道。本发明根据Stopped-flow在测定反应动力 学方面的工作机理提出在储液单元注入同一液体，通过Stopped-f low的气动推送系统将液 体注入电导池单元，经系统自动数据采集系统和自带软件可直接得到相应浓度和温度下溶 液的表观电导率进而得到相应的解离常数K b、Ka& △ rGm。
[0014] 本发明提出了一种采用快速动力学停流装置(Stopped-flow)测定解离常数的新 方法:利用stopped-f low测定不同浓度下溶液的电导率，根据Ostwald的稀释定律求得弱电 解质溶液的解离常数，本发明还可以测试不同温度下弱电解质溶液的解离常数。
[0015] 本发明的有益效果是，可直接快速得到弱电解质在不同温度下准确可靠的解离常 数，实验操作简单、结果准确性高、可重复性强，仅耗试剂220微升，大大节省原料并能取得 非常好的技术效果。
【附图说明】
[0016] 图1表示本发明使用的快速动力学停流装置的结构示意图。
[0017] 图2表示实施例1测得MDEA的^对c Λm的直线图。
[0018] 图3表示实施例2测得的MEA的f对c Λ m的直线图。 八m
【具体实施方式】
[0019] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0020] 实施例1:MDEA溶液测定
[0021]所用快速动力学停流装置英文名为stopped-flow，所以装置的仪器型号是SF-61DX;仪器的示意图如图1所示，其中电导池为一圆柱形电导池，3cm长，3cm直径，两端由铂 电极密闭，对于待测样品，测定温度范围为10-60°C。将待测醇胺溶液配置成0.1-0.5mol/L 的水溶液，再用去离子水稀释十倍至一百倍。具体实验过程:先用去离子水反复洗涤储液单 元A、B、C、D 3次以上，并通过气动推导储液单元C、D洗涤电导池，然后将同一样品再分别注 入储液单元A、B、C、D 0.01mol/L的MDEA(甲基二乙醇胺溶液）。之后由Stopped-Flow自带实 验软件进行实验，在室温为保证实验结果准确可靠，前5次测量结果舍掉，取之后7次测定结 果平均值，整个体系的温度通过恒温循环水浴控制。测定的结果用stopped-flow自带软件 进行拟合，拟合度99.9%以上。本实施例利用直线的截距计算出Λ〉再利用公式(4)计算每 个浓度条件下的K b，可以看出Kb的值相差不大，取其平均值即可；也可以利用拟合的直线的 斜率直接计算K b。
[0022] 表1 MDEA在25°C下的电导率测试结果
[0023]
[0024] Kfe…·..........…·.............（!） 1-a
[0025] 对于无限稀的溶液的电解质溶液活度系数a=l，离子的电迀移率随浓度变化可忽 略不计，则： 八
[0026] --=a..................................(2) Am
[0027] 根据Ostwald的稀释定律： Λ 1
[0028] 1 := 1 -|-_C .： (3) Am Λ： kb(A：)2
[0029] 而整理上述方程（1)、（2)、（3)可得：
[0030] Kb-nCAffl.........................⑷ (C)2(l/Ara-Ι/A:)
[0031 ] 式中，Λ m为表观摩尔电导率，无限稀时摩尔电导率。以f对c Λ m作图，截距即 Itt 为，带入公式求得Kb。 v.m
[0032] 在酸性气体脱除方面ArGm可以用作判断胺溶液是否适合作为酸性气体吸收剂， A rGm越大碱性越强，C〇2的吸收动力学越快
[0033] Kw=Ka · Kb........................(5)
[0034] log(Kw) =-22.759+0.0294T.................(6)
[0035] ArGm=-RTln(Ka)....................(8)
[0036]式中Kw表不水的离子积常数，R表气体常数，A rGm表吉布斯自由能结合公式（5)、 (6)、（ 7)即可求得 pKjP △ rGm。
[0037] 用上述方法，可以在10、20、30、40、50、60°(3下分别测定0.01111〇1/1的]\?^4的电导 率，并将结果与作图最终推导不同浓度不同温度下的Kb值。
[0038] 实施例2:MEA溶液测定
[0039]用实施例1的方法，在常温常压下，将0.001-0.005mol/L的MEA( -乙醇胺溶液)水 溶液重复实施例1操作，测试结果如表2所示。依据以^对cAm作图，得到图3。依据图3拟合 的直线的截距和斜率即可计算出Kb。测试结果与文献在相同温度条件下的测定结果十分接 近，并且本方法相同温度下对应的不同浓度的结果更加稳定。
[0040] 弃5? MFA亦5>Fi°r下的由导蜜测试结里
[0041]
【主权项】
1. 一种测定弱电解质溶液解离常数的方法，其特征在于，所述弱电解质溶液的解离常 数Kb利用快速动力学停流装置进行测定； (1) 在某一测定溫度下，将快速动力学停流装置的所有储液单元均注入同种相同浓度C 的弱电解质溶液，测定弱电解质溶液在该浓度下的表观摩尔电导率Am; (2) 在该测定溫度下，改变弱电解质溶液的浓度，再重复进行步骤（1)表观摩尔电导率 Am的测定;依次类推，分别测定出弱电解质溶液在不同浓度下的表观摩尔电导率Am;(3 )根据公式 ，W ^对C Λ m作图，截距即为^，再根据直线的斜率 Am 八化 即可求得在该测定溫度下此弱电解质溶液的解离常数Kb; 其中，表示无限稀时摩尔电导率，C9表示标准摩尔浓度Imol/L。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测定溫度为10-60°C。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弱电解质溶液为醇胺溶液。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述醇胺溶液为甲基二乙醇胺溶液，浓度为 0.01-0.05mol/L〇5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述醇胺溶液为一乙醇胺溶液，浓度为 0.001-0.005mol/L〇
【专利摘要】本发明公开了一种测定弱电解质溶液解离常数的方法，所述弱电解质溶液的解离常数Kb利用快速动力学停流装置进行测定；(1)在某一测定温度下，将快速动力学停流装置的所有储液单元均注入同种相同浓度c的弱电解质溶液，测定弱电解质溶液在该浓度下的表观摩尔电导率Λm；(2)在该测定温度下，改变弱电解质溶液的浓度，再重复进行步骤(1)表观摩尔电导率Λm的测定；依次类推，分别测定出弱电解质溶液在不同浓度下的表观摩尔电导率Λm；(3)根据公式以对cΛm作图，截距即为再根据直线的斜率即可求得在该测定温度下此弱电解质溶液的解离常数Kb；其中，表示无限稀时摩尔电导率，cθ表示标准摩尔浓度1mol/L。
【IPC分类】G01N27/06
【公开号】CN105548272
【申请号】CN201510887233
【发明人】梁志武, 刘彬, 童柏栋, 刘贺磊, 邓志凯
【申请人】湖南大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月7日